三組分復(fù)合防偽纖維組件設(shè)計(jì)研究

高 波，陳文源，楊崇倡*

(1.紡織裝備教育部工程研究中心，上海201620;2.東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海201620)

目前，國內(nèi)現(xiàn)有防偽纖維主要有染色纖維、熒光防偽纖維、變色纖維等，這些多集中于纖維材料防偽，在多組分復(fù)合防偽纖維方面研究很少。在國外，俄羅斯研制了防偽標(biāo)志用的聚酰胺纖維和聚酯纖維，以光譜反射形成防偽標(biāo)志;美國Hills公司已經(jīng)研制出纖維截面帶有Logo的纖維，已用于美鈔中作防偽特種纖維;日本東麗工業(yè)公司設(shè)計(jì)了一種具有良好可染性和質(zhì)地感的復(fù)絲微細(xì)纖維前驅(qū)體的三組分海-島型纖維［1］。國內(nèi)多組分防偽纖維方面沒有明確的防偽標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)儀器，未見有投入服裝品牌防偽等應(yīng)用，與國外相比差距很大。作者針對傳統(tǒng)的防偽纖維存在的不足，設(shè)計(jì)一種新型的三組分復(fù)合防偽纖維，采用常規(guī)滌綸的生產(chǎn)工藝［2］，根據(jù)防偽纖維本身的特點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了三組分復(fù)合紡絲組件，取得了較好的結(jié)果。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

半消光聚酯(PET)切片:特性黏數(shù)為(0.645 ±0.013)dL/g，熔點(diǎn)(261.5 ±1.2)℃，色度b值為7.2±2，羧基含量小于40 mol/t，二甘醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.55% ～0.80%，江蘇申久化纖有限公司產(chǎn);PET紅色母粒、PET藍(lán)色母粒:蘇州寶力塑膠材料有限公司生產(chǎn)。

1.2 主要設(shè)備

HV416-150×30型螺桿擠壓機(jī)、紡絲箱:上海金緯化纖機(jī)械制造有限公司制;齒輪式計(jì)量泵:天津兆川機(jī)電制。

JW845卷繞設(shè)備:卷繞速度為3 500～5 000 m/min，最大卷裝直徑為360 mm。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

復(fù)合紡絲工藝過程如下:將PET切片、PET紅色母粒、PET藍(lán)色母粒分別在VC353干燥設(shè)備中180℃下干燥8 h以上，然后經(jīng)熔融擠出、過濾、熔體計(jì)量(按PET與色母粒質(zhì)量比為100/3)、隨后進(jìn)入復(fù)合紡絲箱體，在噴絲組件中，通過各自的流道在噴絲孔的入口處，熔體匯合一起擠出。由于熔體很快固化，所以不會混合，形成界面清晰的多組分復(fù)合纖維，如圖1所示。

圖1 三組分復(fù)合紡絲工藝流程示意Fig.1 Flow chart of three-component composite spinning process

紡絲工藝參數(shù)為:擠壓機(jī)1Ⅰ～Ⅳ溫度分別為285，295，292，290 ℃，擠壓機(jī)2 Ⅰ ～ Ⅳ溫度分別為282，294，291，289 ℃，擠壓機(jī)3 Ⅰ ～ Ⅳ溫度分別282，292，291，290 ℃;聯(lián)苯爐氣相溫度 295℃，液相溫度295℃;干燥塔氣體加熱溫度180℃，進(jìn)氣口溫度180℃，塔內(nèi)溫度175℃。

冷卻工藝參數(shù)為風(fēng)壓大于等于0.45 MPa，濕度(65 ±2)%，風(fēng)溫(25 ±0.5)℃，風(fēng)速 0.5 m/s，出風(fēng)口與板面中心距離150 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 組件設(shè)計(jì)

在紡絲組件中，分配板是多組分紡絲組件中的關(guān)鍵部件，作用是將熔體均勻的分配到噴絲孔上，還起支撐過濾層和承受壓力的作用［3］。復(fù)合紡絲組件中的分配板設(shè)計(jì)除了要保證熔體均勻地流動分配外，還要考慮在分配板面上合理地加工出流道，保證各孔都有充足的熔體貯備，板厚的選擇除了考慮流道的設(shè)置和制造工藝要求外，還要考慮板的承壓能力，在整個紡絲組件中，組件入口處的熔體壓力值最大，隨著熔體的流動，通過各層元件上開設(shè)的流道，壓力不斷損失，直至噴絲板微孔出口處完全釋放［4］。

分配板的壓力損失(PBP)計(jì)算如下:

式中:Q為熔體流量;η為熔體黏度;L為分配板厚度;d為分配板孔徑;Z為分配板孔數(shù)。

根據(jù)式(1)的計(jì)算方法，分配板三、四的孔徑及長度、壓力降的分配數(shù)據(jù)如表1，2所示。

表1 分配板三的孔徑等參數(shù)的計(jì)算Tab.1 Parameter calculation for the third distributing plate

表2 分配板四的孔徑計(jì)算Tab.2 Parameter calculation for the fourth distributing plate

根據(jù)組件設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)了一種等分三組分并列型紡絲組件如下圖2所示，基于該組件的熔體的分配方式，可以使熔體在組件內(nèi)有較短的停留時間，并且保證紡絲組件的壓力均衡，可使熔體均勻的從微孔中噴出。

圖2 等分并列三組分組件分配板組合Fig.2 Assembly of aliquot parallel distributing plates for three components

2.2 三組分復(fù)合防偽纖維形貌

按照上述設(shè)計(jì)的三組分組件，在適宜的工藝條件下，所紡得到的三組分復(fù)合防偽纖維(未拉伸)截面形貌如圖3所示。

圖3 三組分復(fù)合紡偽纖維截面Fig.3 Section of anti-counterfeiting three-component composite fiber

由圖3可以看出，三組復(fù)合含防偽纖維為白色、淡藍(lán)色與粉紅色3種組分，適當(dāng)調(diào)節(jié)色母粒比例大小，可以相應(yīng)調(diào)節(jié)每種組分顏色深淺。

3 結(jié)論

a.根據(jù)組件設(shè)計(jì)原則及分配板的壓力損失公式，計(jì)算出孔徑及長度、壓力降等相關(guān)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了生產(chǎn)防偽纖維的三組分組件。

b.以普通滌綸的工藝參數(shù)為依據(jù)，添加紅色色母粒和藍(lán)色色母粒進(jìn)行紡絲工藝試驗(yàn)，PET與色母粒添加質(zhì)量比為100/3，所得三組分復(fù)合防偽纖維截面圖顯示效果良好，能夠起到很好的防偽的效果。

［1］ 曹均雨，甘學(xué)輝，楊崇倡，等.三組分復(fù)合紡絲技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢［J］.合成纖維，2010，39(2):12 －14.

［2］ 臧昆，臧己.紡絲流變學(xué)基礎(chǔ)［M］.北京:紡織工業(yè)出版社，1993:78－103.

［3］ 郭英.復(fù)合紡絲組件薄型分配板及其制造工藝要求［J］.合成纖維工業(yè)，2002，25(2):46 －48.

［4］ 賈春紅.大容量復(fù)合紡絲組件的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.上海:東華大學(xué)，2009.